以车铣复合机床为研究对象,利用Solidworks建立三维模型,基于吉村允孝法计算出主要结合面参数,利用ANSYS Workbench建立整机的动力学模型,通过模态分析和谐响应分析确定立柱为影响整机动态性能的关键部件。以立柱的一阶固有频率、质量和静变形量为目标函数,以立柱两侧各筋板厚度为设计变量,利用响应面法对立柱进行多目标优化求解得出最优解集。最后对优化后的立柱进行分析验证,结果表明立柱的质量减少了12.37%,整机验证显示各阶频率均有所提高,由优化前后谐响应分析得出最大响应峰值明显减小。该设计方法有效改善了整机的动态性能。

在考虑地脚支撑对整机性能影响的前提下,提出了一种确定机床整机优化目标、并基于拓扑分析与多目标尺寸分析对机床整机性能进行优化的方法。通过有限元仿真的方法对整机进行动静态特性分析,以识别整机动静态特性中的薄弱环节与易轻量化环节。选取床身结构为优化对象,首先通过仿真分析了地脚数量与结构固有频率的关系,对地脚支撑数量及其布局进行了优化。进而以地脚支撑优化结果作为床身结构优化的边界条件,基于元结构的多目标优化方法,确定了床身的拓扑结构及关键尺寸参数。结果表明,在整机质量减轻174kg的情况下,优化后的砂轮最大响应幅值减少25%以上,最大响应幅值对应的频率提高10%以上,验证了文中提出方法的有效性。